論文の概要: Error Mitigation in Dynamic Circuits for Hamiltonian Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.05256v2
- Date: Thu, 14 May 2026 13:59:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-16 03:05:58.785964
- Title: Error Mitigation in Dynamic Circuits for Hamiltonian Simulation
- Title（参考訳）: ハミルトニアンシミュレーションのための動的回路の誤差低減
- Authors: Sumeet Shirgure, Siyuan Niu,
- Abstract要約: 動的量子回路は、中間回路の測定とフィードフォワード演算を統合する。
これらの機能は、量子エラー補正のような重要な量子プロトコルの中心である。
実際の量子ハードウェア上で動的回路を実行することは、重要なトレードオフをもたらす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2578242050187029
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Dynamic quantum circuits integrate mid-circuit measurements and feed-forward operations to enable real-time classical processing and conditional quantum logic. These capabilities are central to key quantum protocols such as quantum error correction, and have recently demonstrated significant potential for reducing quantum resources, including circuit depth and gate count, across a range of applications. However, executing dynamic circuits on real quantum hardware introduces a critical trade-off: while resource requirements decrease, circuit fidelity degrades due to high error rates of mid-circuit measurements, as well as the decoherence errors accumulated during the extended idle periods introduced by both mid-circuit measurements and feed-forward operations. In this paper, we systematically investigate the impact of standard error mitigation techniques on dynamic circuit applications pertaining to Hamiltonian simulation and ground state estimation of physically relevant systems like the Heisenberg model. We explore dynamical decoupling (DD) as a strategy to suppress decoherence and crosstalk errors during idle windows introduced by mid-circuit measurements and feed-forward delays, and also examine error mitigation via zero-noise extrapolation (ZNE). Through experiments conducted on IBM quantum hardware, we benchmark effective combinations of these strategies that maximize the practical benefits of dynamic quantum circuits in these applications. We demonstrate that a combination of DD and ZNE is effective in mitigating the errors introduced during mid-circuit measurements and feed-forward operations, as well as the errors arising from faulty measurements. This approach yields a energy gap improvement of at least 60% in ground state estimation and reduces observed error of time-evolved states by up to 99% for the Ising model and up to 20% for the Heisenberg model.
- Abstract（参考訳）: 動的量子回路は、リアルタイム古典処理と条件量子論理を可能にするために、中間回路計測とフィードフォワード演算を統合している。
これらの機能は、量子エラー補正のような重要な量子プロトコルの中心であり、最近、様々なアプリケーションにわたる回路深さやゲート数を含む量子資源を減らす重要な可能性を示している。
しかし、実際の量子ハードウェア上での動的回路の実行は、リソース要求が減少する一方、回路の忠実度は、中間回路測定のエラー率の高さと、中間回路測定とフィードフォワード操作の両方によって導入された拡張アイドル期間の間に蓄積されたデコヒーレンスエラーによって低下する。
本論文では,ハミルトニアンシミュレーションとハイゼンベルクモデルのような物理関連系の基底状態推定に関する動的回路応用に対する標準誤差軽減手法の影響を系統的に検討する。
本研究では,中間回路計測およびフィードフォワード遅延によって導入されたアイドルウィンドウにおけるデコヒーレンスやクロストークエラーを抑制する戦略として動的デカップリング(DD)について検討し,ゼロノイズ外挿(ZNE)による誤差軽減について検討する。
IBM量子ハードウェア上で行った実験を通じて、これらのアプリケーションにおける動的量子回路の実用的メリットを最大化するこれらの戦略の効果的な組み合わせをベンチマークする。
DDとZNEの組み合わせは,中間回路計測とフィードフォワード操作で発生する誤差を軽減し,故障測定による誤差を軽減できることを示した。
このアプローチは、基底状態の推定において少なくとも60%のエネルギーギャップの改善をもたらし、イジングモデルでは最大99%、ハイゼンベルクモデルでは最大20%の時間進化状態の観測誤差を減少させる。
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